TWI548654B - 用於染料敏化太陽能電池的電解質及其製備方法 - Google Patents

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Description

用於染料敏化太陽能電池的電解質及其製備方法
本發明係關於一種電解質及其製備方法，尤指一種用於染料敏化太陽能電池的電解質及其製備方法。
如第1圖所示，常見的染料敏化太陽能電池(DSSC)元件1包括一工作電極2(包含基板21、透明導電膜22及用來吸附染料(圖中未顯示)之二氧化鈦(TiO2)半導體薄膜24)、電解質溶液3以及一對應電極4(包含基板41、透明導電膜42及鉑觸媒43)。目前最常使用的電解質溶液3為液態電解質，因為其製造成本較為低廉。在該染料敏化太陽能電池元件1組裝完成並於熱壓後，於該染料敏化太陽能電池元件1上鑽出一孔後(圖中未顯示)，將該液態電解質溶液3經由該孔灌注(inject)至該染料敏化太陽能電池元件1，再對於該孔進行密封。不過，利用灌注的方式，不僅會有灌注不均勻、封裝不易、及電解質溶液中的溶劑容易洩漏的問題，且因為含有高飽和蒸氣壓的溶劑，故該液態電解質具有可燃性、可揮發性、由於溶劑揮發所導致的品質不穩定性、以及不佳的染料吸附性。
另一種常用的電解質溶液為膠態電解質，但是當應用膠態電解質形成薄膜以組裝形成染料敏化太陽能電池元件時，膠態電解質中所含的溶劑容易在製程中揮發，因此造成膠態電解質的組成產生變化而導致品質不穩定。
爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「用於染料敏化太陽能電池的電解質及其製備方法」，以改善上述缺失。
為了可以輕易大量生產染料敏化太陽能電池元件，同時改善其加工性、安全性、品質穩定性、及光電轉換效率，並降低製造成本，本發明之一面向係提供一種用於一染料敏化太陽能電池的電解質，包括：一溶劑，係為γ-丁內酯(gamma-Butyrolactone，gBL)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)或3-甲氧基丙腈(3-Methoxypropionitrile，MPN)；以及一聚合物，與該溶劑混合以形成一電解質溶液，其中：該電解質溶液具有一可列印性質；當該溶劑為gBL或PC時，該聚合物為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或其組合；以及當該溶劑為MPN時，該聚合物包含聚氧化乙烯(Poly(ethylene oxide)，PEO)及聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)。
本發明之另一面向係提供一種用於一染料敏化電池的電解質，包括：一溶劑，其具低飽和蒸氣壓；以及一增稠劑，增稠該溶劑以形成一電解質溶液，其中該電解質溶液之黏度範圍為1.3~40Pa．S。
本發明之又一面向係提供一種製備一電解質的方法，該電解質係應用到一染料敏化太陽能電池，該方法包括下列步驟：提供一溶劑，該溶劑係為內酯(lactone)、碳酸酯(carbonate)或腈(nitrile)；以及加入一聚合物至該溶劑中以形成一電解質溶液，其中該聚合物係為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或聚氧化乙烯(Poly(ethylene oxide)，PEO)與聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)之組合。
1‧‧‧染料敏化太陽能電池元件
2‧‧‧工作電極
3‧‧‧電解質溶液
4‧‧‧對應電極
5‧‧‧框形熱壓膠材
6‧‧‧層疊結構
21、41‧‧‧基板
22、42‧‧‧透明導電膜
43‧‧‧鉑觸媒
24‧‧‧二氧化鈦(TiO2)半導體薄膜
51‧‧‧空間
本發明的實施例可由圖式清楚的呈現，其中：第1圖為習知染料敏化太陽能電池元件的示意圖；第2圖為本發明一較佳實施例之染料敏化太陽能電池元件的製造流程圖； 第3A及3B圖為本發明一較佳實施例之染料敏化太陽能電池元件的結構示意圖；第4圖為本發明與習知的染料敏化太陽能電池元件的電流對電壓的特性圖；第5圖為本發明的染料敏化太陽能電池元件的電阻的特性圖；以及第6A~6B圖為本發明的染料敏化太陽能電池元件在使用不同幫助導電粒子情形下的老化測試的特性圖；以及第6C~6E圖為本發明的染料敏化太陽能電池元件在不同溫度下的老化測試的特性圖。
本發明之實施例的詳細描述係如下所述，然而，除了該等詳細描述之外，本發明還可以廣泛地以其他的實施例來施行。亦即，本發明的範圍並不受已提出之實施例所限制，而應以本發明提出之申請專利範圍為準。
為了配製可印刷的電解質溶液，對於本發明溶劑的選擇，首先要考慮選擇低飽和蒸氣壓的溶劑，以避免所配製的電解質溶液中的溶劑容易揮發。根據本發明之一實施例，飽和蒸氣壓在25℃的條件下低於1kPa的γ-丁內酯(gamma-Butyrolactone，gBL)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)或3-甲氧基丙腈(3-Methoxypropionitrile，MPN)可被選用，其物理特性如表1所示。同時，為了避免工作電極中所吸附的染料脫附，因此溶劑之選用也需考慮其施子數(donor number)不可太高。根據本發明之一實施例，適合本發明的溶劑之施子數不可超過18kcal/mol。而性質相近的內酯(lactone)、碳酸酯(carbonate)或腈(nitrile)溶劑中，只要能符合前述之性質，都可以適用本發明。
為了使該電解質溶液的黏度提高而成為具有可印刷的特性，本發明選擇可溶於該溶劑的該聚合物作為本發明的增稠劑，混合後所形成的該電解質溶液不會膠化，而且所選擇的該聚合物可以有效補獲(trap)溶劑，因此不會因為該聚合物的含量低而發生溶劑分離的現象。根據本發明之一實施例，當所選擇的溶劑為gBL或PC時，聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或其組合以及聚氧化乙烯(Poly(ethylene oxide)，PEO)及聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)可作為增稠劑；當所選擇的溶劑為MPN時，PVA、PEO+PVDF及PEO+PAN-VA可作為增稠劑。只要是溶劑及該聚合物之選擇符合前述條件，可以適當地組合或置換，仍不脫離本發明之範疇。
根據本發明之一實施例，該電解質溶液中除了該溶劑及該聚合物之外，還可再添加幫助導電粒子，以提升之後所組裝的染料敏化太陽能電池元件的光電流轉換效率，並使染料敏化太陽能電池元件的穩定性良好，不會使工作電極中所吸附的染料脫附。根據本發明之一實施例，本發明選用碳化鈦(TiC)、二氧化鈦(TiO2)或是二氧化矽(SiO2)的奈米粒子作為幫助導電粒子。
此外，根據本發明之一實施例，該電解質溶液中還可以加入其他的添加物以提供氧化還原電子對。該添加物包括碘、鋰化碘、1,3-二甲基咪唑碘鹽(1,3-Dimethylimidazolium iodide，DMII)、N-甲基咪唑(N-methylimidazole，NMBI)以及異硫氰酸胍(guanidinium thiocyanate，GuSCN)之至少其中之一。各添加物溶於gBL中之濃度可為，但不限於，0.1M鋰化碘、0.05M碘、0.8M DMII、0.5M NMBI、0.1M GuSCN或其組合。
第2圖為本發明一較佳實施例之染料敏化太陽能電池元件的製造流程圖。第3A及3B圖為本發明一較佳實施例之染料敏化太陽能電池元件1的結構示意圖。根據本發明之一實施例，參閱第2、3A及3B圖，採用印刷的方式，例如網板印刷、刮刀塗佈或是噴墨印刷的方式，將一電 解質溶液3塗覆於一工作電極2上，再於該工作電極2上層疊一框形熱壓膠材5。該框形熱壓膠材5具有一空間51，使該電解質溶液3可容置其內，並限定該電解質溶液3可流動空間，且該空間51可略大於該電解質溶液3。當該框形熱壓膠材5置於該工作電極2上時，該框形熱壓膠材5不會接觸該電解質溶液3。然後，再層疊一對應電極4，形成一層疊結構6。最後，將該層疊結構6經過熱壓後形成染料敏化太陽能電池元件1，即可進行光電特性的評估。
關於該電解質溶液的配製，首先，根據本發明之一實施例，採用gBL作為溶劑，PAN作為增稠劑，並加入0.1M鋰化碘、0.05M碘、0.8M DMII、0.5M NMBI、0.1M GuSCN或其組合以提供電解質溶液作為氧化還原電子對，以不同的濃度組合來評估其黏度及是否適合列印，並比較加入及未加入TiC奈米粒子所製成的電解質溶液，所製成的電解質溶液的組成物及其黏度如表2所示。
實施例1-1所配製之電解質溶液未添加增稠劑，所製成的電解質溶液的黏度分別為0.017，由於其黏度偏低，流動性大，並不適合採用列印方式進行塗佈。然而，實施例1-2~1-4所製成的電解質溶液之黏度已提高到約1.3~40Pa．S的範圍，其已近似膠態，因而流動性不大，且所使用的溶劑gBL不易揮發，因此具有黏度為此鄰近範圍的電解質溶液，適合採用印刷方式進行塗佈。
再對於不同溶劑及增稠劑之組成物及比例進行組合，配製成電解質溶液。在加入增稠劑之前，溶劑中已先溶入個別濃度為0.1M的鋰化碘、0.05M的碘、0.8M的DMII、0.5M的NMBI及0.1M的GuSCN於溶劑 中，以提供電解質溶液作為氧化還原電子對，並將所製備的電解質溶液以印刷的方式製成染料敏化太陽能電池元件進行測試，所獲得的各項性質如表3所示，其中短路電流(Jsc)、開路電壓(Voc)、填充因子(fill factor，FF)、光電轉換效率(η)、導電度、及鉑觸媒43與電解質溶液3之間的電阻(Rpt)等光電特性已被評估。
同時，採用習知的灌注方式將本發明之電解質溶液進行灌注以製成染料敏化太陽能電池元件，並進行光電特性測試，如表4中所記載之比較實施例1-1~1-2、2-1~2-2及3-1。
請參閱表3，實施例1-2至1-4是使用gBL作為溶劑並分別溶入重量百分比濃度為4wt%、9wt%及12wt%的PAN作為增稠劑，並未加入幫助導電粒子，可達到良好的電解質溶液的黏度範圍1.3~40Pa．S，而且在此黏度範圍內，所加入的增稠劑可以獲得良好的分散。於組成染料敏化太陽能電池元件後量測其光電特性，當PAN的濃度為4wt%時其光電轉換效率(η)仍能保持至少7.53%以上；當PAN的濃度為12wt%時，其光電轉換效率(η)可達到7.04%以上；甚至當PAN的濃度為9%時，其光電轉換效率(η)更可達到7.47%以上。與比較實施例1-1相比，使用gBL溶劑並採用灌注法所製成的染料敏化太陽能電池元件，其光電轉換效率(η)為7.94%。雖然本發明實施例1-2~1-43的光電轉換效率(η)略低，但其配方已適用印刷製程並且可以用來量產染料敏化太陽能電池元件。
實施例2-1至2-4是使用重量百分比濃度為10wt%、15wt%、20wt%及30wt%的PVA作為增稠劑，量測所組成之染料敏化太陽能 電池元件2的光電特性。當PVA的濃度為10wt%時，其光電轉換效率(η)仍能保持至少7.39%以上為最佳。
為了更有效提高實施例1-1至1-3所製成之染料敏化太陽能電池元件的光電轉換效率(η)，採用gBL作為溶劑，並以實施例1-1至1-3中光電轉換效率(η)較差的12wt%的PAN作為增稠劑，並於該電解質溶液中分別添加0wt%、1wt%、4wt%、7wt%以及10wt%的二氧化鈦(TiO2)奈米粒子作為幫助導電粒子，得到如實施例3-1~3-4的測試結果。當TiO2濃度為10wt%時，其光電轉換效率(η)為7.01%。當TiO2濃度為0~4wt%之間時，其光電轉換效率(η)可達到7.31~7.54%以上。當TiO2濃度為4wt%時，其導電度可提高至2.39S/cm．103，而且對應電極4與電解質溶液3之間的電阻(Rpt)已降至0.98Ω以下，且Jsc及Voc的光電特性也與比較實施例1-1相當。
此外，一樣採用gBL作為溶劑以及9wt%或12wt%的PAN作為增稠劑，將添加的幫助導電粒子改為碳化鈦(TiC)奈米粒子，得到如實施例3-5~3-10的測試結果，其中當增稠劑為12wt% PAN且加入1~7wt% TiC的染料敏化太陽能電池元件時，其光轉換效率能夠提高到7.35~7.45%；當增稠劑為9wt% PAN且加入4% TiC的染料敏化太陽能電池元件時，其光轉換效率更能夠提高到7.68%。
實施例4-1至4-3是使用gBL作為溶劑並分別溶入重量百分比濃度為10wt% PVA、7wt% PAN-VA及4wt%的PAN作為增稠劑進行比較，並未加入幫助導電粒子，組成染料敏化太陽能電池元件後量測其光電特性，其光電轉換效率(η)仍能保持至少7.13~7.52%以上。
實施例5-1至5-3是使用MPN作為溶劑並分別溶入重量百分比濃度為8wt% PEO、10wt% PEO及15wt%的PEO作為增稠劑進行比較，並未加入幫助導電粒子，組成染料敏化太陽能電池元件後量測其光電特性，其光電轉換效率(η)仍能保持至少7.00~7.36%以上。使用PEO可幫助提升電解質溶液的黏度，但當增加過多PEO的含量時會使光轉換效率下降，且會使電解質溶液膠化。因此，在利用PEO和PVDF混合物作為增稠劑時，其中PVDF的濃度為1wt%，如實施例5-4所示，所得到的光轉換效 率提升到7.72%，且Jsc可提升到14.16mA/cm2，而Voc提升到0.786V，此時的染料敏化太陽能電池元件的光電特性又進一步提升。再添加4wt% TiO2進一步測試，如實施例5-5所示，光轉換效率更提升至8.17%，而Jsc提升到15.25mA/cm2，不過Voc略微降低至0.774V。由此可知，當使用PEO加上PVDF的混合物作為增稠劑時，由於PVDF的使用，可以在不添加過多PEO的情形下，有效提高所製成的電解質溶液黏度，PVDF所包含的氟離子還有助於電解質溶液的解離以增加其導電度，可大幅提高染料敏化太陽能電池元件的光電特性。
再進一步測試幫助導電粒子以及PVDF的添加量對於染料敏化太陽能電池元件光電特性的影響，如實施例6-1~至6-6所示。以MPN作為溶劑，其中實施例6-1及6-2使用8wt% PEO為增稠劑，兩者比較有無添加4wt% TiO2之光電特性。實施例6-3及6-4使用8wt% PEO+1wt% PVDF作為增稠劑，兩者比較有無添加4wt% TiO2之光電特性。而實施例6-5及6-6使用8wt% PEO+2wt% PVDF作為增稠劑，兩者比較有無添加4wt% TiO2之光電特性。由所量測的光電特性可知，TiO2的添加可以得到更佳的光轉換效率，且實施例6-4可高達8.35%。實施例6-6所添加的PVDF濃度提升到2wt%，所得到的光轉換效率也能達到8.06%以上，已優於比較實施例2-1及2-2。
由實施例6-1至6-6可知，PVDF之添加量為1wt%時可以得到較佳的光電特性，因此再進一步測試添加不同幫助導電粒子對染料敏化太陽能電池元件的光電特性的影響。如實施例7-1至7-4所示，實施例7-1並未添加幫助導電粒子，實施例7-2添加4wt% TiO2，實施例7-3添加4wt% TiC，而實施例7-4添加4wt% SiO2。由所獲得的實驗數據可知，添加4wt% TiO2的表現最佳。
再經由比較TiO2的添加量對於染料敏化太陽能電池元件的光電特性的影響，同樣以MPN作為溶劑，如實施例8-1至8-5所示，其中TiO2的添加量分別為0wt%、2wt%、4wt%、6wt%及8wt%。在添加了TiO2的情況下，所得到的光轉換效率都能達到7.76%以上，尤其是當TiO2添加量為4wt%時的特性最佳。
實施例9-1至9-4是使用PC作為溶劑並分別溶入重量百分比濃度為7wt%、10wt%、12wt%及15wt%的PVA作為增稠劑，並未加入幫助導電粒子。雖然當PVA的濃度為15wt%時，其光電轉換效率僅達到6.62%，但當PVA的濃度為7wt%或10wt%時，其光電轉換效率可分別達到6.31%及6.43%以上，且與使用PC溶劑並採用灌注法的比較實施例3-1之光電轉換效率為6.32相比，已相當或更佳。
第4圖為本發明與習知的染料敏化太陽能電池元件的電流對電壓的特性圖。本發明使用印刷方式，而習知技術是使用灌注方式。如第4圖所示，本發明之染料敏化太陽能電池元件在較高電壓處的電流衰減較少，且在較低電壓處之電流值與習知技術相當。
第5圖為本發明的染料敏化太陽能電池元件的電阻的特性圖。如第5圖所示，由於本發明係先將電解質溶液3印刷至該工作電極2之上，再組裝及熱壓來形成染料敏化太陽能電池元件，因為該電解質溶液3經過熱壓後對於工作電極2上TiO2半導體薄膜24之滲透度較高，因此即使在該TiO2半導體薄膜24的厚度較高的情形下，該染料敏化太陽能電池元件也能維持較低的Rpt值，此特性優於採用先熱壓再灌注之方式的習知技術。
第6A~6B圖為本發明的染料敏化太陽能電池元件在使用不同幫助導電粒子情形下的老化測試的特性圖。第6A圖是以gBL作為溶劑，12wt% PAN作為增稠劑，使用不同濃度TiO2製成染料敏化太陽能電池元件並在室溫下持續500hr進行老化測試的結果，其中以gBL加上12wt% PAN搭配4wt% TiO2者之標準化後(normalized)光轉換效率可維持74%的初始效能為最佳。第6B圖是將TiO2以TiC置換後的測試結果，其中幫助導電粒子TiC之濃度也是以4%為最佳，其標準化後(normalized)光轉換效率仍可維持高達94%的初始效能，顯示TiC作為幫助導電粒子所製成的染料敏化太陽能電池元件之穩定性更優於TiO2，其原因為使用TiO2作為幫助導電粒子，無法解決染料從TiO2層中脫附的問題，但是使用TiC對於此問題有顯著的改善。
第6C~6E圖為本發明的染料敏化太陽能電池元件在不同溫 度下的老化測試的特性圖。第6C及6D圖的染料敏化太陽能電池元件所使用的溶劑為gBL，增稠劑為12wt% PAN，並比較有無幫助導電粒子TiC的情況下，以室溫及50℃兩種恆溫條件下持續500hr進行比較，可以看出加入TiC的染料敏化太陽能電池元件可得到較佳之耐熱性及穩定性，即使在50℃持續500hr的條件下，衰減後的標準化的光轉換效率仍能維持81%的初始效能。第6E圖則是使用MPN作為溶劑，8wt%PEO+1wt% PVDF作為增稠劑，並比較有無幫助導電粒子TiO2的情況下，以室溫及60℃兩種恆溫條件下持續500hr進行比較，可以看出加入TiO2的染料敏化太陽能電池元件可得到較佳之耐熱性及穩定性，即使在50℃持續500hr的條件下，衰減後的標準化光轉換效率仍能維持87%的初始效能。
依據上述之實施例及各項特性的測試結果，可知使用本發明所製成的電解質溶液，由於其黏度在可印刷的黏度範圍中，製程中不會發生電解質溶液流動或滲漏的情況，而且對於習知染料脫附的問題提出良好的解決方案，並能獲得優良的各種光電特性以及耐熱穩定性。在實務上，使用前述的溶劑、聚合物及幫助導電粒子之組合所製成的電解質溶液，可利用印刷的方式，例如網板印刷、刮刀塗佈、或是噴墨印刷，將該電解質溶液印刷在一工作電極上。如果使用網板印刷，可以使用具有多排版印刷圖案的大面積網版，對應於大面積基板，便可一次在該大面積基板上印刷出多個單元基板，這使得電解質溶液應用在印刷上更具量產性。因此，本發明既可輕易大量生產染料敏化太陽能電池元件，同時改善其加工性、安全性、品質穩定性、及光電轉換效率，並降低製造成本。
實施例
1.一種用於一染料敏化太陽能電池的電解質，包括：一溶劑，係為γ-丁內酯(gamma-Butyrolactone，gBL)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)或3-甲氧基丙腈(3-Methoxypropionitrile，MPN)；以及一聚合物，與該溶劑混合以形成一電解質溶液，其中：該電解質溶液具有一可列印性質；當該溶劑為gBL或PC時，該聚合物為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或其組合；以及當該溶劑為 MPN時，該聚合物包含聚氧化乙烯(Poly(ethylene oxide)，PEO)及聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)。
2.如實施例1所述之電解質，其中該電解質溶液之黏度範圍為1.3~40Pa．S。
3.如實施例1~2所述之電解質，更包括碘、鋰化碘、1,3-二甲基咪唑碘鹽(1,3-Dimethylimidazolium iodide，DMII)、N-甲基咪唑(N-methylmiidazole，NMBI)以及異硫氰酸胍(guanidinium thiocyanate，GuSCN)之至少其中之一。
4.如實施例1~3所述之電解質，其中：當該溶劑為gBL時，該PAN的濃度為4~12重量百分比、該PVA的濃度為10~30重量百分比；以及該PAN-VA的濃度為7重量百分比；當該溶劑為MPN時，該PEO的濃度為8~15重量百分比，而該PVDF的濃度為0~2重量百分比；以及當該溶劑為PC時，該PVA的濃度為7~15重量百分比。
5.如實施例1~4所述之電解質，更包括一奈米粒子，該奈米粒子之材料係為碳化鈦、二氧化鈦、二氧化矽或其組合，其中該奈米粒子的濃度為0~10重量百分比。
6.如申請專利範圍第1~5項所述之電解質，係藉由該可列印性質而印刷於一基板上，其中該基板為二氧化鈦薄膜基板，且係為該可列印性質係應用到網版印刷、刮刀塗佈、或噴墨印刷。
7.一種用於一染料敏化電池的電解質，包括：一溶劑，其具低飽和蒸氣壓；以及一增稠劑，增稠該溶劑以形成一電解質溶液，其中該電解質溶液之黏度範圍為1.3~40Pa．S。
8.如實施例7所述之電解質，其中：該溶劑係為γ-丁內酯(gamma-Butyrolactone，gBL)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)或3-甲氧基丙腈(3-Methoxypropionitrile，MPN)，當該溶劑為gBL或PC時，該增稠劑為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或其組合；以及當該溶劑為MPN時，該增稠劑為PEO及聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)；以及該低飽和蒸氣壓之範圍為低於1kPa，且該溶劑之施子數(donor number)低於18kcal/mol。
9.一種製備一電解質的方法，該電解質係應用到一染料敏化太陽能電池， 該方法包括下列步驟：提供一溶劑，該溶劑係為內酯(lactone)、碳酸酯(carbonate)或腈(nitrile)；以及加入一聚合物至該溶劑中以形成一電解質溶液，其中該聚合物係為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或聚氧化乙烯(Poly(ethylene oxide)，PEO)與聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)之組合。
10.如實施例9所述之方法，更包括下列步驟：加入一奈米粒子至該電解質溶液中。
本發明以較佳之實施例說明如上，僅用於藉以幫助了解本發明之實施，非用以限定本發明之精神，而熟悉此領域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明之精神範圍內，當可作些許更動潤飾及等同之變化替換，其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。
1‧‧‧染料敏化太陽能電池元件
2‧‧‧工作電極
3‧‧‧電解質溶液
4‧‧‧對應電極
5‧‧‧框形熱壓膠材
51‧‧‧空間

Claims (8)

  1. 一種用於一染料敏化太陽能電池的電解質，包括：一溶劑，係為γ-丁內酯(gamma-Butyrolactone，gBL)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)或3-甲氧基丙腈(3-Methoxypropionitrile，MPN)；以及一聚合物，與該溶劑混合以形成一電解質溶液，其中：當該溶劑為gBL或PC時，該聚合物為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或其組合；當該溶劑為MPN時，該聚合物包含聚氧化乙烯(Poly(ethyleneoxide)，PEO)及聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)；當該溶劑為gBL時，該PAN的濃度為4~12重量百分比、該PVA的濃度為10~30重量百分比、以及該PAN-VA的濃度為7重量百分比；當該溶劑為MPN時，該PEO的濃度為8~15重量百分比，而該PVDF的濃度為0~2重量百分比；以及當該溶劑為PC時，該PVA的濃度為7~15重量百分比。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電解質，更包括碘、鋰化碘、1,3-二甲基咪唑碘鹽(1,3-Dimethylimidazolium iodide，DMII)、N-甲基咪唑(N-methylimidazole，NMBI)以及異硫氰酸胍(guanidinium thiocyanate，GuSCN)之至少其中之一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電解質，更包括一奈米粒子，該奈米粒子之材料係為碳化鈦、二氧化鈦、二氧化矽或其組合，其中該奈米粒子的濃度N為0<N≦10重量百分比。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電解質，係印刷於一基板上，其中該基板為二氧化鈦薄膜基板，且係應用到網版印刷、刮刀塗佈、或噴墨印刷。
  5. 一種用於一染料敏化電池的電解質，包括：一溶劑，其具低飽和蒸氣壓；以及一增稠劑，增稠該溶劑以形成一電解質溶液，其中該電解質溶液之黏度範圍為1.3~40Pa．S，其中：該溶劑係為γ-丁內酯(gama-Butyrolactone，gBL)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)或3-甲氧基丙腈(3-Methoxypropionitrile，MPN)，當該溶劑為gBL或PC時，該增稠劑為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或其組合；當該溶劑為MPN時，該增稠劑為PEO及聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)；當該溶劑為gBL時，該PAN的濃度為4~12重量百分比、該PVA的濃度為10~30重量百分比、以及該PAN-VA的濃度為7重量百分比；當該溶劑為MPN時，該PEO的濃度為8~15重量百分比，而該PVDF的濃度為0~2重量百分比；以及當該溶劑為PC時，該PVA的濃度為7~15重量百分比。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電解質，其中該低飽和蒸氣壓之範圍為低於1kPa，且該溶劑之施子數(donor number)低於18kcal/mol。
  7. 一種製備一電解質的方法，該電解質係應用到一染料敏化太陽能電池，該方法包括下列步驟：提供一溶劑，該溶劑係為γ-丁內酯(gamma-Butyrolactone，gBL)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)或3-甲氧基丙腈(3-Methoxypropionitrile，MPN)；以及 加入一聚合物至該溶劑中以形成一電解質溶液，其中該聚合物係為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或聚氧化乙烯(Poly(ethylene oxide)，PEO)與聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)之組合，其中：當該溶劑為gBL或PC時，該增稠劑為聚丙烯腈(Polyacrylonitrile，PAN)、聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate，PVA)、聚丙烯腈-醋酸乙烯酯共聚物(poly(acrylonitrile-co-vinyl acetate)，PAN-VA)或其組合；當該溶劑為MPN時，該增稠劑為PEO及聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)；當該溶劑為gBL時，該PAN的濃度為4~12重量百分比、該PVA的濃度為10~30重量百分比、以及該PAN-VA的濃度為7重量百分比；當該溶劑為MPN時，該PEO的濃度為8~15重量百分比，而該PVDF的濃度為0~2重量百分比；以及當該溶劑為PC時，該PVA的濃度為7~15重量百分比。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包括下列步驟：加入一奈米粒子至該電解質溶液中。
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